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基于控制器局域网的通讯模型研究

麦景彪  
【摘要】:现场总线是应用在控制最底层的一种总线型拓扑网络。近十几年,已经发展出几种比较成熟的现场总线,例如基金会现场总线,LonWorks(Local Operating Networks),PROFIBBUS,HART(Highway Addressable Remote Transducer),CAN(Controller Area Network)等。现场总线控制系统既是一个开放通讯网络,又是一种全分布控制系统。它的实时能力是由工业实时通讯网络(现场总线)保证的,随着在工业应用中的逐渐普及, 现场总线的通讯模型和实时性能的研究也开始日益重要。 利用CAN信息帧的无破坏仲裁机制,部份学者提出利用最高级别的信息帧进行全局控制,这实质就是集中式令牌控制。它的通讯模型可看为仲裁者-生产者-消费者模型,在这种通讯模型中,设备的参数不容易设定,而且一旦设定无法改变的缺陷。另外,节点通讯的实时性要求生产者或消费者(执行器或检测器)更大的运算能力。 针对现在的基于CAN总线的分布式实时系统通讯模型,提出一个具有优先级的分布式实时系统通讯模型:生产者-仲裁者-消费者模型(Producer-Arbitrator-Consumer Model)。系统首先设定仲裁者在网络中的标识符的优先级是最低的,因此,凡是从生产者发送到仲裁者的消息的优先级低于从仲裁者发送的消息。在生产者到仲裁者的通讯过程中,生产者以事件触发的方式传送信息;仲裁者接收生产者发送来的消息帧以后,对各个消息利用一定的算法利用周期和非周期混合的方法把消息发各个消费者。由于生产者发送的消息优先级最低,因此,在仲裁者发送消息的每个基本周期中,都会留下时间的空隙给生产者发送消息。在这种通讯模型中,我们能够方便的设定设备的标识符而实现各个节点的优先级通讯,并且减少了通讯系统对硬件的依赖性。


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